Tempus 2

LUCE! E luce fu. Il tempo RELATIVO

C'era una volta un omino di nome Michelson che se la intendeva con Morley nel giocare con la fisica sperimentale. Era la fine dell'800 quando i due fisici facevano esperimenti alla ricerca dell'etere luminifero (all'epoca si pensava che TUTTE le onde si propagassero attraverso mezzi materiali, si pensava che nel vuoto ci fosse comunque una sostanza, l'etere, attraverso la quale la luce si propagava. Invece non è così: le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto, punto e basta!), in tale occasione riscrontrarono (diciamo) un'anomalia che indusse loro prurito al fondoschiena: la velocità C della luce non si comportava bene.

Per l'esperimento utilizzarono l'interferometro: un sistema di specchi montati in modo tale da dividere un fascio di luce monocromatica in diverse direzioni e un rivelatore in grado di misurarne tempi in modo da ricavarne la velocità. Giustamente si aspettavano la solita "roba": t invariante, la velocità della luce soggetta alle usuali trasformazioni galileiane e la scoperta dell'etere luminifero.

Niente di tutto questo!!!!!!

Stavano scoprendo che la velocità della luce era costante e INVARIANTE!!!

Sento a distanza di oltre un secolo le loro imprecazioni:

"Oh cavolo!"

"Porca paletta!"

"Che prurito! Qui salta tutto!"

Cerchiamo di capire il perché.

Sappiamo tutti che la definizione di velocità è uno spazio su un tempo, quindi sono collegate queste tre grandezze. Bene.

Qui abbiamo: sistema di riferimento-esperimento e sistema di riferimento-laboratorio. Ricordate il precedente post? La velocità varia con l'osservatore, mentre il tempo è lo stesso.. "assoluto".

La sconcertante verità: la velocità della luce C è INVARIANTE! No no non varia... Non dipende dell'osservatore! Ma se non varia e lo spazio però sì, allora come l'arrangiamo? Cosa varia al suo posto? Il Tempo!!! Che in effetti differiva tra i due sistemi: t ≠ t'.

Il tempo non era più assoluto... diventava RELATIVO... relativo al sistema di riferimento. E saltavano le trasformazioni galileiane.

RELATIVITA' RISTRETTA

Per finire il racconto, fu Albert a risolvere il problema: le teorie della fisica classica erano (sono) ancora valide, ma diventavano un caso particolare della relatività ristretta, semplicemente a velocità prossime a C andava inserito nelle formule un fattore di correzione: γ = 1/ √(1+ v/c).

Tale fattore per V molto minori di C si riduce a 1 ridandoci le leggi già note classicamente. Inoltre si dovette trovare delle nuove trasformazioni tra due sistemi tali che lasciassero invariata C e che tenessero conto che ora t ≠ t' : le trasformazioni di Lorentz. Si introdusse quindi un "nuovo" vettore a quattro componenti anziché tre: il vettore spazio-tempo (x,y,z,t).

Ma torniamo al tempo.

Scoprire che il tempo è relativo al sistema di riferimento considerato e che quindi può variare, implica prima di tutto un grosso cambio di vedute e costringe la mente a un salto non semplice. Ogni sistema considerato ha il suo tempo e quindi la sua linea di universo da seguire. Si introdusse perciò la nozione di tempo proprio, caratteristico dell'osservatore che differisce dal suo vicino, che quindi può scorrere più velocemente ad esempio rispetto al vicino.

Per spiegare meglio il nuovo modo in cui si deve vedere la realtà quando ci avviciniamo a C riporto il Paradosso dei Gemelli: prendiamo due gemelli bambini Tizio e Caio.

PARADOSSO DEI GEMELLI

Buttiamo Tizio su un'astronave e lo spediamo in giro per il cosmo a velocità C, mentre lasciamo Caio a vivere la sua banale vita sulla terra in mezzo a noi. Sincroniziamo 4 orologi alla partenza in modo tale che ciascun gemello possegga due orologi: T - Tempo proprio e T - tempo del rispettivo gemello. Andiamo a vedere che succede nel mentre dell'esperimento, guardiamo con quale ritmo gli orologi battano il tempo.

Tizio e Sistema di riferimento-Astronave:

T – Tempo Proprio e T – Come vede Tizio il tempo di Caio

Cioè Tizio vede l'orologio di Caio andare veloce! Il tempo di Caio (cioè della Terra) sembra andare più velocemente del proprio sull'astronave.

Caio e Sistema di riferimento-Terra:

T – Tempo Proprio e T – Come vede Caio il tempo

Cioè Caio vede l'orologio di Tizio quasi fermo... che le lancette dei secondi si muovono molto lentamente rispetto al suo tempo proprio!

Così Tizio trascorre un po' di giorni nel cosmo e poi decide di tornare sulla Terra, Tizio è ancora un bambino. Scende dall'astronave e va incontro al gemello... gli prende un colpo:

"Caio come sei vecchio!"

In effetti Caio ha atteso per anni il ritorno del fratello ed "ora" è adulto.

Per Tizio sono passati pochi giorni, per Caio anni (così come per noi che siamo rimasti sulla Terra).

Ma ciò vuol dire che: il bambino sul sistema navicella ha fatto un viaggio temporale in avanti (nel futuro) rispetto al tempo del sistema Terra!

Ok, ci siamo quasi. Manca ancora un gradino, ancora un post.. anche perché devo ancora rispondere alla domanda del mio amico: "secondo te è possibile il viaggio nel tempo?"

Riferimenti: numerosi testi spiegano la relatività ristretta o speciale, l'ABC della relatività molto semplice è su Halliday 1, per i più smaliziati consiglio solito Feymann, poi il Mencuccini e molti altri (Tutti testi universitari).